DE2854561A1

DE2854561A1 - Mischventil fuer gekoppelte kreislaeufe

Info

Publication number: DE2854561A1
Application number: DE19782854561
Authority: DE
Inventors: Bernd Hewing
Original assignee: HEWING
Current assignee: HEWING
Priority date: 1978-12-18
Filing date: 1978-12-18
Publication date: 1980-06-19
Also published as: DE2854561B2

Description

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Anm.: Franz-Josef Hagemann, 4434 Ochtrup, Feldkamp 10

Bernd Hewing, 4434 Ochtrup, Hellstiege 10

Mischventil für gekoppelte Kreisläufe

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Die Erfindung betrifft ein Mischventil für zum Wärmeaustausch untereinander gekoppelte Kreisläufe von wasserbetriebenen Heizanlagen mit wenigstens einem Hochtemperatur (HT)- und einem Niedertemperatur (NT)-Zweig, mit zwei am Mischventil angebrachten Anschlußstutzen für Vor- und Rücklauf des NT-Wassers und einem dritten Anschluß für den Eintritt des HT-Wassers, sowie mit einer im Inneren des Ventils befindlichen, zweigeteilten Mischkammer, deren Abteilungen über eine steuerbar veränderliche Öffnung miteinander verbunden sind.

Wie beispielsweise aus der DE-OS 2 461 699 bekannt, werden derartige Mischventile insbesondere bei Fußbodenheizungen verwendet. Derartige, wasserbetriebene Heizanlagen besitzen Wärmeaustauscher, die im Estrich verlegt sind und üblicherweise mit einer Vorlauftemperatur von 45 C und einer Rücklauftemperatur von 39 C arbeiten. Diese Temperaturwerte sind allgemeine Erfahrungswerte und vorgegeben durch die jeweilige Bauart der übertragungsflächen. Dagegen hat das Vorlaufwasser, das direkt aus dem Heizkessel oder von einer Fernheizanlage geliefert wird - das HT-

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28§4§§1

Wasser - eine Temperatur von 80 - 120° C.

Um eine Kopplung zwischen dem Hochtemperatur- und dem Niedertemperatur-Zweig herzustellen, werden die aus der genannten DE-OS bekannten Mischventile verwendet, welche einen Wärmeübergang vom Hochtemperatur- in den Niedertemperatur-Zweig erlauben. Insbesondere werden bei Verwendung derartiger Ventile sogenannte B ypass-Leitungen vermieden. Weiterhin stellt sich allgemein für derartige Mischventile die Aufgabe, daß mit Sicherheit verhindert wird, daß das Wasser des Hochtemperatur-Zweiges auch bei fehlerhafter Bedienung des Kreislaufes in den Niedertemperatur-Zweig in zu großen Mengen einfließen und hier Zerstörungen anrichten kann. Auf der anderen Seite soll die Kopplung preisgünstig auszuführen sein und mit Steuerungselementen (z. B. Stellmotoren) ausgerüstet werden können.

Während diese Aufgaben im großen und ganzen durch Mischventile der bekannten Art bereits gelöst worden sind, hat es sich erwiesen, daß eine gewisse Schwierigkeit der Dimensionierung und Durchführung der Regelvorgänge dadurch eintritt, daß die Öffnung zwischen den Mischkammer-Abteilungen, welche aufgeteilt ist in eine Teil-Öffnung zum NT-Rücklauf und eine zum HT-Vorlauf, ein

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festliegendes Verhältnis dieser beiden Teilströme ergibt, welches durch eine Ventilkörpersteuerung der öffnung zwar mengenmäßig verändert, aber in Bezug auf dieses Verhältnis nicht
steuerbar ist. Dadurch kann es geschehen, daß relativ kleine
Stellwinkel des Ventilgliedes unverhältnismäßig große Temperaturänderungen des gemischten Wassers bewirken, so daß eine genaue Regelung und insbesondere Regelschwankungen nicht vermieden werden können.

Ein weiteres Problem bildet der von Anlage zu Anlage unterschiedliche Rohrwiderstand in den Heizkreis-Zweigen. Im Idealfalle sollten der HT- und der NT-Kreis gleiche Rohrwiderstände haben; schon verschiedene Entfernungen des Kesselhauses und
stark unterschiedliche Einzelwiderstände, die sich oft erst
bauseits ergeben, machen diese Forderung schwer erfüllbar.

Außerdem kann die Leistung der Kesselpumpen nicht optimal ausgelegt sein, so daß Korrekturmöglichkeiten erforderlich sind.

Es stellt sich damit die Aufgabe, derartig anlagebedingte Fehler in einfacher Weise korrigieren zu können, ohne Teile der
Heizung ein- oder ausbauen zu müssen.

Die genannte Aufgabe wird bei einem Mischventil der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, daß die öffnung zwischen den
Mischkammer-Abteilungen mit einem unabhängig von der Steuerung der Öffnung einstellbaren, den Strömungsweg und -querschnitt des

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eintretenden HT-Wassers festlegenden Verstellglied veränderbar ist.

Ein derartiges Mischventil ermöglicht neben der Lösung der genannten Aufgabe auch, daß bei schwankenden Vorlaufwassertemperaturen, wie sie bei Warmwasserspeicherheizungen auftreten, die Änderung der Einstellung des Verstellgliedes dazu benutzt werden, die Schwankungen mit Hilfe eines aus Temperaturfühler und Stellmotor bestehenden Regelkreises auszugleichen.

Es hat sich eine Ausführungform als vorteilhaft erwiesen, bei der das Verstellglied und der die Öffnung steuernde Ventilkörper als zwei aufeinanderliegende scheibenförmige Körper gestaltet sind. Diese Konfiguration ist besonders elegant in der Enge des Mischventilraumes unterzubringen.

Um durch das Verstellglied eine strömungsgünstige Anpassung und eine möglichst lineare Verstellcharakteristik zu erreichen, wird das Verstellglied scheibenförmig gestaltet und besitzt eine ausgebauchte S-Form.

Damit das Verstellglied eine definierte und begrenzte Bewegung durchführen kann, wird vorgeschlagen, daß die Mischkammer im Bereich ihrer halben Höhe einen nach innen vorspringenden Flanschteil mit Lagernut(en) besitzt, in denen bzw. in der mit dem Verstellglied verbundene Stege eine durch Anschlagflächen begrenzte Bewegung ausführen können.

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Als vorteilhafte Gestaltung eines scheibenförmig gestalteten Verstellgliedes bei Anwendung in einer zylindrisch gestalteten Mischkammer wird das Verstellglied aus zwei um etwa 180 rotationssymmetrisch um das Zentrum angeordneten, an ihrer der Mischkammer-Innenwand zugewandten Seite gekrümmte Außenflächen aufweisende Abschnitten besteht, bei denen der Krümmungsradius der Außenfläche von der Kammerinnenwand her gesehen, sich stetig verkürzt.

Üblicherweise haben Mischventile der eingangs genannten Art an der Stirnwand angebrachte Widerlager für die Betätigungswelle des Ventilkörpers. Für derartige Mischventile wird vorgeschlagen, daß das Verstellglied sich auf der freien Oberseite des Widerlagers abstützt.

In diesem Falle ist auch vorteilhaft, wenn das Verstellglied mit einem die Welle umschließenden Langloch versehen ist.

Schließlich wird noch, um das Verstellglied bewegen zu können, vorgeschlagen, dieses mit einer aus dem Ventilgehäuse ragenden, bewegungsübertragenden Stange oder Welle zu koppeln.

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Weitere Eigenschaften des Mischventils gemäß Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels hervor. In den Figuren der Zeichnung ist dargestellt:

Figur 1 ein Heizkreislauf mit einem Mischventil gemäß Erfindung;

Figur 2 zeigt ein Mischventil in auseinandergezogener, perspektivischer Darstellung;

Figur 3 zeigt einen Schnitt mit Draufsicht auf das Innere der Mischkammer;

Figur 4 zeigt einen Schnitt mit Seitenansicht auf die Mischkammer.

Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung einen gekoppelten Kreislauf einer wasserbetriebenen Heizanlage, bestehend aus einem Hochtemperatur-Zweig 1 und einem Niedertemperatur-Zweig 2. Im Hochtemperatur-Zweig 1 befindet sich ein Heizkessel 3. Der Rücklauf 4 des HT-Zweiges 1 hat bei üblichen Bedingungen beispielsweise eine Temperatur von 39 C, während die Temperatur im Vorlauf 5 etwa 90° C beträgt. Der Temperatur-

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--8T-

1456 t

unterschied zwischen Vor- und Rücklauf beträgt demnach Δ t = 51° C.

Der Vorlaufstrom passiert ein Mischventil 10, dessen genaue Funktion weiter unten erklärt werden wird. Anschließend wird er über eine Pumpe 14 über Fußboden-Flächenheizelemente 12, 13 geführt. Von dort aus fließt er über eine Rücklaufleitung 7 über ein T-Stück 8
wieder in die unmittelbar mit dem Heizkessel verbundene Rücklaufleitung 4, wird im Heizkessel 3 erwärmt und anschließend beginnt der Kreislauf von neuem.

Wesentlich ist, daß nicht das gesamte, 90° heiße Wasser in die Flächenheizelemente eingespeist wird, sondern daß über das Mischventil 10 eine Abkühlung
erfolgt. Hierzu ist eine Verbindungsleitung 9 vorgesehen, die die Rücklaufleitung 7 über das T-Stück 8 mit dem Mischventil-Eingang verbindet. Mit Hilfe des Mischventiles 10 wird Hochtemperatur-Heizwasser aus der Vorlaufleitung 5 dosiert in die Leitung 11 des
NT-Zweiges eingegeben.

Um eine Vorstellung davon zu bekommen, welche Wassermengen in den beiden Zweigen fließen, sei von einem Heizbedarf von 3O.000 kcal/h ausgegangen. Da im
Niedertemperatur-Zweig Δ t bei 6 C gehalten wird

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- y-

(Zuflußtemperatur 45° C; Abflußtemperatur 39° C), müssen in diesem Zweig 5.000 l/h umgewälzt werden. Dagegen ist &t (Zweig 1) =51° C, so daß bei gleicher Kalorienmenge nur 588 l/h umgewälzt werden müssen.

Um die Temperaturdifferenz A t innerhalb des Zweiges 2 nach Durchlauf der Kopplungsstrecke mit dem Zweig 1 wieder auszugleichen, wird das in den Figuren 2 bis 4 dargestellte Mischventil 10 verwendet. Das Ventil 10 ist von außen gesehen als eine Art T-Stück gearbeitet. Die einzelnen Zu- und Abflußstutzen sind allerdings verschieden dimensioniert, so wie es die Funktion erfordert.

Das Mischventil 10 gemäß den Figuren 2 bis 4 besitzt ein Ventilgehäuse 16, das einen fest eingebauten Boden

17 und einen innen und außen etwa zylindrischen Mantel

18 besitzt. In dem Mantel 18 sind drei Bohrungen mit anschließenden Stutzen 2O, 21, 22 vorgesehen, wobei die Stutzen 20 und 21 sich in einer ersten (unteren) und der Stutzen 22 sich in einer zweiten (oberen) Ebene befinden. Die Mischkammer 23 ist zweigeteilt, wobei die beiden Abteilungen 24 (oben) und 25 (unten) durch eine steuerbar veränderliehe öffnung 26 miteinander verbunden sind»

In die untere Abteilung der Mischkammer mündet die zu dem Stutzen 2O gehörende Bohrung. Dieser Stutzen ist mit der Vorlaufleitung 5, die mit dem Hochtemperatur-Wasser vom Heizkessel 3 kommt, verbunden. Dagegen ist der Stutzen 21 mit der Rücklaufleitung 9 des Niedertemperatur-Kreises verbunden. In der unteren Abteilung ist ein mit dem Boden verbundenes Widerlager 27 eingebaut, das seitlich flügelartig Trennwände 28 trägt, die mit der Innenseite der unteren Abteilung verbunden sind. Die Trennwände sorgen demnach für eine Trennung der beiden ankommenden Wasserströme. In das Widerlager 27 ragt eine Welle 2?' (vgl. Figur 4), die senkrecht angeordnet ist und an der ein Ventilkörper 29 starr verbunden ist. Der Ventilkörper 29 hat etwa die Form einer halbkreisförmigen Scheibe. Er ruht randseitig auf einem nach innen ragenden, kranzförmigen Vorsprung 30 auf, wobei gleichzeitig eine Dichtfläche gebildet wird. Bei Drehung des Ventilkörpers 29 werden, jeweils verschiedene Bereiche der unteren Abteilung, die durch die Trennwand 28 in zwei verschiedene Zellen getrennt ist, freigegeben, so daß gesteuert jeweils Anteile von relativ heißem bzw. kaltem Wasser in die obere Abteilung der Mischkammer strömen und sich dort vermischen können. Die Bewegung der Welle 27' kann .manuell oder

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- üblicherweise - durch einen Stellmotor in ihrer Position verändert werden, so daß die öffnung 26 verändert werden kann.

Unterhalb des Ventilkörpers 29 befindet sich eine weitere scheibenförmige Vorrichtung: das Verstellglied 32. Es ist nicht mit der Welle 27' verbunden, sondern umschließt mit einem Langloch 33 die Welle lose von außen. Das Verstellglied 32 ist so angeordnet, daß es die öffnung zwischen den Mischkammer-Abteilungen 24, 25 mit einem unabhängig von der Steuerung des Ventilkörpers 29 einstellbaren, den Strömungsweg und -querschnitt des eintretenden Hochtemperatur-Wassers festlegen und verändern kann. Das Verstellglied ist ebenfalls scheibenförmig mit etwa gleicher Stärke wie der Ventilkörper gestaltet und hat, von oben gesehen, eine ausgebauchte S-Form. Der im Bereich der halben Höhe der Mischkammer nach innen ragende Vorsprung 30 besitzt zwei Lagernuten 35, 36, in denen mit dem Verstellglied 32 verbundene Stege 37, 38 eine durch Anschlagflächen begrenzte Bewegung ausführen können. Diese Bewegung wird ermöglicht durch eine, mit dem Verstellglied verbundene, aus dem Ventilgehäuse ragende Welle 39, die mit dem Glied 32 gekoppelt ist. Hierzu trägt das Teil 32

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an seiner Unterseite einen Gewindeschuh 40, in dessen Gewindebohrung das mit einem Gewinde versehene Ende der Welle 39 hineinragt, so daß bei Drehen der Welle sich das Verstellglied 32 in die durch Pfeilrichtung (vgl. Figur 2) angedeutete Bewegung versetzten läßt. Nach außen kann die Welle 39 mit Hilfe eines Cnicht dargestellten) Handrades, eineS Verstellmotor* oder dergleichen manuell oder motorisch verstellt werden, üblicherweise ist vorgesehen, daß lediglich eine Einstellung vorgenommen wird und das anschließend das Verstellglied³ünd die Welle 3!
termutter 41 festgelegt wird.

Verstellglied³ünd die Welle 39 mit Hilfe einer Kon-

Wie aus der Figur 4 ersichtlich ist, stützt sich das Verstellglied 32 mit seiner Unterseite auf der freien Oberseite des Widerlagers 27 sowie mit seinen Stegen 35, 38 ab. Es wird nach unten gehalten durch den Gewindeschuh, der mit der Welle 39 verbunden ist.

Wie aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich ist, hat das Verstellglied 32, von oben gesehen, eine ausgebauchte S-Form. Genauer kann diese Form dadurch beschrieben werden, daß'tfzwefi um etwa T80 rotationssymmetrisch um das Zentrum angeordnetenAbschnitten besteht^ die an* füren,, der Mschkammer-Ihnense±te zugewandten Seite

gekrümmte Außenflächen aufweisen, bei denen der Krümmungsradius sich ausgehend von dem im Bereich des Steges 3 7 bzw. 3 8 befindlichen Startpunktes sich stetig verkürzt. Es kommt damit eine Kontur zustande, die teilweise eine Fläche aufweist, die quasi-parallel zu der Innenwand der Mischkammer ist und anschließend einen Raum 42 offenläßt, der auch in den beiden Extrempositionen des Verstellgliedes noch eine lichte Strömungsweise offenläßt, die einen Mindestdurchfluß garantiert.

Weiterhin ist zu erwähnen, daß das von der unteren Abteilung der Mischkammer an Verstellglied und Ventilkörper vorbeiströmende Wasser sich in der oberen Abteilung aufgrund der turbulenten Strömung mischt und durch den Stutzen 22 abfließt, der mit der Leitung 11 des Heizkreislaufes gemäß Figur 1 verbunden ist. Nach

43 oben wird das Gehäuse durch einen Deckel ,so wie in Figur 4 schematisch dargestellt, dicht verschlossen. Die Stutzen 20, 21 und 22 können noch mit Entlastungsund Reinigungsventilen versehen sein, die jedoch in der Zeichnung nicht dargestellt sind.

Zur Arbeitsweise des beschriebenen Mischventiles noch folgende Anmerkungen:

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Das in den Figuren dargestellte, beschriebene Mischventil ist auch ohne das Verstellglied 32 funktionsfähig. In diesem Falle entspricht es im wesentlichen ansich bekannten Zweikammer-Mischventilen. Das von den Stutzen 20, 21 kommende Wasser wird mit Hilfe der Trennwände 28 und dem halbkreisförmigen Ventilkörper 29 in seiner mengenmäßigen Zusammensetzung gesteuert. Dabei erweist es sich allerdings, daß bei jälscher
Dimensionierung der Ventilkapazität bei gedrosseltem Heizbedarf oder ähnlichen Umständen das Angebot an
heißem Zulaufwasser so groß ist, daß vergleichsweise geringe Drehwinkelveränderungen des Ventilkörpers 29 zu einem Über- oder Unterangebot von heißem Vorlaufwasser führen. In diesem Falle kann es zu Fehlsteuerungen und fehlerhaften Abschaltungen kommen. Dagegen ist mit dem neuen Mischventil möglich, beispielsweise den Heißwasserstrom von vornherein auf ein Mindestmaß zu drosseln, so daß bei einem Drehwinkel von beispielsweise 100 die volle, "zur Verfügung stehendßHeißwassermenge an- und vollaufgedreht werden kann. Entsprechend den Bedürfnissen und den Bedingungen eines Saisonbetriebes können demnach die Heißwassermengen von
vornherein dimensioniert werden.

Außerdem können Besonderheiten des individuellen Heizkreislaufes, beispielsweise große benötigte Wärmemengen

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zur Aufheizung eines Wärmespeicherkessels, gesondert gesteuert werden, wobei beispielsweise mit Hilfe eines Stellmotors zwei fest eingestellte Stellungen des Verstellgliedes 32 programmierbar sind. Weiterhin ist möglich, Wasserwiderstände, die sich bei verschiedenen Heiζeinrichtungen unvorhergesehen unterschiedlich erweisen, auszugleichen.

Hinzu kommt, daß das Verstellglied 32 selbstverständlich auch auswechselbar ist. Damit wird die Lagerhaltung rationalisiert, denn mit einem einzigen Grundmodell und verschiedenen Verstellgliedern 32 läßt sich eine breite Skala von Einsatzmöglichkeiten abdecken.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche :

\Λ A Mischventil für zum Wärmeaustausch untereinander gekoppelte Kreisläufe von wasserbetriebenen Heizanlagen mit wenigstens einem Hochtemperatur (HT)- und einem Nxedertemperatur (NT) -Zweig, mit zwei am Mischventil angebrachten Anschlußstutzen für Vor- und Rücklauf des NT-Wassers und einem dritten Anschluß für den Eintritt des HT-Wassers sowie mit einer im Inneren des Ventils befindlichen, zweigeteilten Mischkammer, deren Abteilungen über eine steuerbar veränderliche Öffnung miteinander verbunden sind,

dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung (26) zwischen den Mischkammer-Abteilungen (24, 25) mit einem unabhängig von der Steuerung der Öffnung einstellbaren, den Strömungsweg und -querschnitt des eintretenden HT-Wassers festlegenden Verstellglied (32) veränderbar ist.
2. Mischventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstellglied (32) und der die öffnung steuernde Ventilkörper (29) als zwei aufeinander liegende scheibenförmige Körper gestaltet sind.

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3. Mischventil nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Verstellglied, das scheibenförmig gestaltet ist und eine ausgebauchte S-Form besitzt.
4. Mischventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer im Bereich ihrer halben Höhe einen nach innen ragenden Vorsprung

(30) mit Lagernut(en) (35, 36) besitzt, in der bzw. in denen mit dem Verstellglied verbundene Stege (37, 38) eine durch Anschlagflächen begrenzte Bewegung ausführen können.
5. Mischventil nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstellglied bei zylindrisch gestalteten Mischkammern aus zwei um etwa 180° rotationssymmetrisch um das Zentrum angeordneten, an ihrer, der Mischkammer-Innenwand zugewandten Seite gekrümmte Außenflächen aufweisende Abschnitte besteht, bei denen der Krümmungsradius der Außenfläche von der Innenwand ausgehend sich stetig verkürzt.
6. Mischventil nach Anspruch 1 mit einem an der Stirnwand (dem Boden) der Mischkammer angebrachten Widerlager für die Betätigungswelle für den Ventilkörper,

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dadurch gekennzeichnet, daß das Verstellglied (32) sich auf die freie Oberseite des Widerlagers (27) abstützt.
7. Mischventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstellglied mit einem die Welle (27¹) umschließenden Langloch (43) versehen ist.
8. Mischventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstellglied mit einer aus dem Ventilgehäuse ragenden, bewegungsübertragenden Stange oder Welle gekoppelt ist.

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